Thermal Stress Resistance of Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Lanin, Anatoly/ Fedik, Ivan

出品人:

页数:265

译者:

出版时间:

价格:1387.00元

装帧:HRD

isbn号码:9783540713999

丛书系列:

图书标签:

• Thermal stress
• Materials science
• Stress analysis
• Heat resistance
• Mechanical properties
• Failure analysis
• High temperature
• Material selection
• Engineering materials
• Thermal expansion

深入探索材料的极端环境适应性：面向先进工程应用 图书名称：极端环境材料科学与工程应用 作者： 钱德拉·辛格 / 约翰·P·罗伯茨 联合编著 内容概要： 本书旨在全面、深入地探讨在极端环境下（包括超高温、极低温、高真空、高腐蚀性介质、高辐射能场以及高应力载荷）服役的先进结构材料与功能材料的设计、制备、微观结构演变、性能评估及工程应用。本书不仅关注传统材料在极限条件下的性能边界，更侧重于前沿材料体系，如陶瓷基复合材料（CMCs）、金属间化合物、高熵合金（HEAs）、拓扑绝缘体以及新型能源存储材料在极端工况下的行为规律和失效机制。 本书结构清晰，内容详实，分为四大核心部分，共计二十章： --- 第一部分：极端环境载荷与材料响应的物理基础 (Chapters 1-5) 本部分奠定了理解材料在非常规条件下行为的基础理论框架，重点分析了导致材料性能突变和失效的关键物理机制。 第一章：极端环境的定义与分类 详细界定了工程中遇到的热、力、化学和辐射等极端环境参数范围，并根据这些参数的耦合作用对材料设计提出的挑战进行分类。探讨了“多场耦合”效应对材料性能的非线性影响。 第二章：高温下的微观结构稳定性 深入分析了高温对晶体结构、晶界扩散、相变动力学的影响。重点讨论了固态下扩散率的阿伦尼乌斯关系在超高温度下的修正，以及蠕变（Creep）的机制，包括扩散蠕变、位错滑动蠕变和相变蠕变，并引入了时间-温度等效原理在寿命预测中的应用。 第三章：极低温下的脆性转变与韧性保持 聚焦于材料在液氮温度以下（如航天推进剂或深空环境）的力学行为。阐述了体心立方（BCC）和面心立方（FCC）材料的低温脆性转变温度（DBTT）现象，分析了孪晶诱发塑性（TWIP）和应变诱发马氏体转变（TRIP）在低温增韧中的作用。探讨了晶界对低温断裂韧性的主导作用。 第四章：高应力与疲劳极限 探讨了在周期性或交变载荷下，材料如何累积损伤直至发生疲劳断裂。详细分析了低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）的本构关系，引入了基于裂纹萌生和扩展的微观模型（如Paris定律的修正形式）。特别关注了高温疲劳（热机械疲劳，TMF）中氧化、蠕变与疲劳的交互作用。 第五章：辐射损伤与抗辐照材料设计 针对核能、聚变堆和空间应用中的高能粒子辐照环境。阐述了原子移位级联（Cascades）如何形成空位、间隙原子、缺陷团簇，以及这些缺陷如何影响材料的尺寸稳定性、力学性能和电学特性。讨论了快中子、伽马射线和离子束对材料微观结构演化的影响。 --- 第二部分：先进材料体系的极端性能优化 (Chapters 6-12) 本部分聚焦于为应对第一部分所描述的挑战而开发的新型材料体系，强调其结构设计与性能的内在联系。 第六章：高性能陶瓷基复合材料（CMCs） 重点介绍碳化硅（SiC）纤维增强的SiC基复合材料（SiC/SiC）在热障涂层（TBM）和航空发动机热端部件中的应用。分析了纤维-基体界面设计对提高材料抗热震性和断裂韧性的关键作用，以及裂纹偏转和纤维桥接的机制。 第七章：高温合金与金属间化合物 对新一代镍基、钴基高温合金的微观结构强化机制（如γ'相的析出强化）进行了深入分析。详细探讨了铝化物（如TiAl、Ni3Al）在高温承载能力、密度优势和抗氧化性方面的表现及其在涡轮叶片制造中的挑战。 第八章：高熵合金（HEAs）：探索材料设计新范式 深入研究了具有等原子或接近等原子比的五种以上元素的合金体系。分析了其“高熵效应”、“迟滞效应”、“复杂间隙效应”和“不均匀性效应”如何带来优异的强度、韧性和抗辐照性能。 第九章：先进涂层技术与热障涂层（TBCs） 探讨了等离子喷涂、物理气相沉积（PVD）等技术制备的先进涂层。重点讨论了氧化钇稳定氧化锆（YSZ）和其他新型稀土氧化物作为热障涂层的失效模式（如剥离、热腐蚀）及寿命预测模型。 第十章：极端环境下的电化学稳定性 关注材料在高温熔盐、强酸碱或高压水环境中的电化学腐蚀和应力腐蚀开裂（SCC）。介绍了腐蚀抑制机制和材料的电化学极化行为分析。 第十一章：功能材料在极端环境下的性能保持 涵盖了在极冷或极热条件下保持特定电学、磁学或光学功能的新型半导体、超导体和压电材料。讨论了晶格畸变和载流子浓度在极端温度下的变化对器件性能的影响。 第十二章：增材制造（AM）与极端环境材料的后处理 分析了选区激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等增材制造技术在制备复杂几何形状高温合金和HEAs中的优势与挑战。重点讨论了增材制造带来的残余应力、微结构异质性和热影响区（HAZ）对极端服役性能的影响。 --- 第三部分：性能评估、表征与模拟 (Chapters 13-17) 本部分侧重于描述和预测材料在极端条件下的行为所需的先进实验技术和计算方法。 第十三章：高温高压下的原位力学测试 介绍了同步辐射源、高能中子源和扫描透射电子显微镜（STEM）在高温高压原位拉伸、蠕变测试中的应用，以便实时捕捉相变、位错运动和晶界滑移过程。 第十四章：先进断裂力学与损伤容限评估 探讨了适用于损伤材料和复合材料的断裂韧性（$J$积分、应力强度因子）评估方法。引入了基于能量的断裂判据和概率性损伤演化模型。 第十五章：计算材料学与多尺度模拟 详细介绍了密度泛函理论（DFT）在预测点缺陷形成能和扩散路径中的应用。着重讲解了分子动力学（MD）模拟在捕捉高温蠕变和辐射损伤扩散过程中的作用，以及有限元分析（FEA）在宏观部件寿命预测中的集成方法。 第十六章：热震与热机械循环测试标准 系统梳理了国际标准（如ASTM, ISO）中针对耐火材料、涡轮叶片材料的热循环、热震和热腐蚀测试规程，强调了测试环境与实际服役条件的匹配性。 第十七章：失效分析与逆向工程 讲解了如何利用扫描电镜（SEM）、能量色散X射线谱（EDS）和电子背散射衍射（EBSD）技术，对极端环境下失效的部件进行微观断口分析、成分偏析和晶粒取向分析，以确定最终失效机制。 --- 第四部分：工程应用案例与未来展望 (Chapters 18-20) 本部分将理论和实验结果应用于实际工程领域，并对未来的研究方向进行展望。 第十八章：航空航天发动机与燃气轮机应用 详细分析了新一代高涵道比发动机中，涡轮导向叶片（Vanes）和涡轮转子叶片（Blades）所面临的温度、应力和氧化环境的协同挑战，以及CMCs和定向凝固合金如何解决这些瓶颈。 第十九章：核能与聚变堆材料挑战 重点讨论了先进反应堆（如快堆、球床堆）和未来聚变堆（ITER）中，结构材料（如钢、钒合金）必须承受的氦致脆化、高热流密度和长期中子辐照下的材料退化问题。 第二十章：未来材料的极端适应性设计 展望了人工智能（AI）与高通量计算在加速发现具有极端环境耐受性的新型材料配方中的潜力。讨论了自修复材料、智能涂层以及极端环境储能系统材料的前沿研究方向。 --- 目标读者： 本书面向材料科学、机械工程、航空宇航工程、核工程等领域的本科高年级学生、研究生、科研人员以及工业界的材料工程师和设计人员。它不仅是理论学习的深度参考，也是解决实际工程难题的宝贵手册。

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